(57)【要約】  【課題】  半導体レーザ素子と、光ファイバと、半導体レーザ素子から出射されたレーザビームを集光し光ファイバの入射端面に結合させる集光光学系とを備えてなるレーザモジュールにおいて、高い信頼性を得る。  【解決手段】  気密封止されたＣＡＮパッケージ10内に配置された半導体レーザ素子ＬＤと、レンズ12と、光ファイバ13とが、半導体レーザ素子ＬＤから出射されたレーザビームＢが、集光レンズ12で集光されて光ファイバ13の入射端面14で収束する位置関係に配置されてなるレーザモジュール１において、光ファイバ13の入射端面14を50℃〜200℃の範囲の所定温度に維持する温調手段としてヒータ17と、入射端面14の温度を検出する温度センサ18とを備える。【選択図】          図１
2006269569.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つもしくは複数の半導体レーザ素子と、
光ファイバと、
前記半導体レーザ素子からのレーザ光を前記光ファイバの入射端面に入力する入射光学系とを備えたレーザモジュールにおいて、
前記光ファイバの入射端面を該入射端面への有機物の付着を防止し得る温度に維持する温調手段を備えたことを特徴とするレーザモジュール。
【請求項２】
前記温調手段が、前記光ファイバ入射端面を、室温より高温かつ前記光ファイバの入射端面を含む先端部の耐熱温度より低い温度に維持するものであることを特徴とする請求項１記載のレーザモジュール。
【請求項３】
前記半導体レーザ素子が気密封止されたパッケージ内に配置されていることを特徴とする請求項１または２記載のレーザモジュール。
【請求項４】
前記半導体レーザ素子、前記光ファイバの前記入射端面を含む先端部、前記入射光学系および前記温調手段が、１つの支持台上に配置されており、
前記温調手段が、断熱材を介して前記支持台上に配置されていることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載のレーザモジュール。
【請求項５】
前記半導体レーザ素子、前記光ファイバの前記入射端面を含む先端部および前記入射光学系が同心円状の鏡筒内に配置されていることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載のレーザモジュール。
【請求項６】
前記温調手段が、前記鏡筒内に断熱材を介して配置されていることを特徴とする請求項５記載のレーザモジュール。
【請求項７】
前記温調手段が、前記光ファイバの入射端面近傍の温度を検出する温度センサを備えたことを特徴とする請求項１から６いずれか１項記載のレーザモジュール。
【請求項８】
前記半導体レーザ素子の発振波長が、350ｎｍ〜500ｎｍであることを特徴とする請求項１から７いずれか１項記載のレーザモジュール。
【請求項９】
前記半導体レーザ素子が、横モードシングルレーザ素子、横モードブロードレーザ素子、アレイ状に並べられた複数の横モードシングルレーザ素子、アレイ状に並べられた複数の横モードブロードレーザ素子、アレイ状に並べられた横モードシングルレーザ素子と横モードブロードレーザ素子混在した素子のうちいずれかであることを特徴とする請求項１から８いずれか１項記載のレーザモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザモジュールに関し、特に、半導体レーザ素子と、光ファイバと、半導体レーザ素子から出射したレーザビームを光ファイバの一端面に結合させる入射光学系とを備えたレーザモジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、パッケージ内に収容された半導体レーザ素子と、一端（光入射端面）がこのパッケージの内部を臨む状態にして該パッケージに固定された光ファイバと、半導体レーザ素子から出射されたレーザビームを光ファイバの光入射端面に結合させる集光光学系とを備えてなるレーザモジュールは、いわゆるピッグテール型レーザモジュールとして、光通信部品として一般的に知られている。
【０００３】
このようなレーザモジュールにおいて、青色・紫外領域の短波長のレーザ、あるいは高出力のレーザで、光パワー密度が高い状態にある光学部品の表面に有機物等の付着物が堆積し、光学部品の透過率の低下、あるいは破壊などの現象が生じやすい。
【０００４】
光学部品のレーザビーム入射端面への付着物としては、空気中の塵埃の集塵効果によるもの、周辺あるいは空気中に揮発している有機物がレーザ光と化学反応した結果の堆積物・付着物などが知られている（特許文献１参照）。
【０００５】
光ファイバ入射端面への汚染物質の付着を防止するため、特許文献２では、光ファイバ入射端面に使用するレーザ光に活性な酸化チタン薄膜や窒素をドープした酸化チタン薄膜の光触媒をコートすることで、汚染物質の付着を抑制する方法が提案されている。また、特許文献３では、光ファイバ入射端面を気密封止するか、ガラスブロック等の透明体を光ファイバの入射端面に密着させて端面保護することにより、汚染物質の付着を防止することが提案されており、さらに、特許文献４では、パッケージの窓の外側に光ファイバの入射端面を密着させることで、汚染物質の付着を回避する方法が提案されている。
【特許文献１】特開平11-54852号公報
【特許文献２】特開2004-179595号公報
【特許文献３】特開2004-253783号公報
【特許文献４】特開2004-252425号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、いずれの場合も、半導体レーザ、光ファイバおよび集光光学系などの精密光学部品を、大気からの塵、有機物から守るため、気密パッケージに入れて保護するという方法をとっている。このように形状が様々な光学系を気密に封止する比較的大型なパッケージは、汎用性がなく特注となるため数千円〜数万円と高価となり、数千円の光学部品を気密封止するために、その光学部品と同額かあるいは同額以上のコストがかかり、原価アップの問題がある。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑み、汚染物質の付着を抑制した高寿命の、従来より安価なレーザモジュールを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、レーザモジュールのファイバ端面への汚染物質の付着に関し、様々な実験を行う中で、下記の特徴があることを突き止めた。
【０００９】
１）高温になればなるほどファイバ端面への付着速度が低下する（ファイバ端面透過率の低下が遅くなる）。
【００１０】
２）ファイバへ入力されるレーザビームの光パワー密度が大きければ大きいほど付着速度は増加する（ファイバ端面透過率の低下が早くなる）。
【００１１】
３）ファイバ端面への汚染物質の付着量（ファイバ端面の透過率低下量）は、ファイバへのレーザビームの入力時間に概ね比例して増加する。
【００１２】
本発明者らは、上記知見に基づいて本発明を想到するに至った。
【００１３】
本発明のレーザモジュールは、１つもしくは複数の半導体レーザ素子と、
光ファイバと、
前記半導体レーザ素子からのレーザ光を前記光ファイバの入射端面に入力する入射光学系とを備えたレーザモジュールにおいて、
前記光ファイバの入射端面を該入射端面への有機物の付着を防止し得る温度に維持する温調手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
前記温調手段は、前記光ファイバ入射端面を、室温より高温かつ前記光ファイバの耐熱温度より低い温度に維持するものとすることができる。なお、光ファイバの先端部の耐熱温度はコア材料、被覆材料等に依存するものであり、具体的な温度は各光ファイバ毎に異なる。
【００１５】
温調温度としては５０℃〜２００℃が特に好ましい。
【００１６】
前記半導体レーザ素子は気密封止されたパッケージ内に配置されていることが望ましい。半導体レーザ素子の気密封止パッケージとしては、広く市販されているＣＡＮパッケージを用いることができる。
【００１７】
また、前記半導体レーザ素子、前記光ファイバの前記入射端面を含む先端部、前記入射光学系および前記温調手段は、１つの支持台上に配置されており、前記温調手段が断熱材を介して前記支持台上に配置されていることが望ましい。
【００１８】
あるいは、前記半導体レーザ素子、前記光ファイバの前記入射端面を含む先端部および前記入射光学系が同心円状の鏡筒内に配置されていてもよく、この場合、前記温調手段は、前記鏡筒内に断熱材を介して配置されていることが望ましい。
【００１９】
さらに、温調手段が、前記光ファイバの入射端面近傍の温度を検出する温度センサを備えていることが望ましい。
【００２０】
なお、前記半導体レーザ素子の発振波長が350ｎｍ〜500ｎｍであるレーザモジュールに本発明は好適である。このような半導体レーザ素子としては、ＧａＮ系半導体から構成されたものが挙げられる。
【００２１】
また、前記半導体レーザ素子は、横モードシングルレーザ素子、横モードブロードレーザ素子、アレイ状に並べられた複数の横モードシングルレーザ素子、アレイ状に並べられた複数の横モードブロードレーザ素子、アレイ状に並べられた横モードシングルレーザ素子と横モードブロードレーザ素子混在した素子のうちいずれであってもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のレーザモジュールは、光ファイバの入射端面に汚染物質が付着しない温度に該入射端面を温調する手段を備えたことにより、汚染物質の付着による光透過率の低下を抑制することができ、高寿命を得ることができると共に、高価な気密パッケージを用いる必要がないため、安価に構成することができる。
【００２３】
また、半導体レーザ素子がＣＡＮパッケージなどの気密封止されたパッケージ内に配置されていれば、半導体レーザ素子が大気から保護されて、光パワー密度が高い発光点領域への有機物の付着を抑制することができ、信頼性をさらに向上させることができる。ＣＡＮパッケージは広く市販されており安価であるため、レーザモジュールが高額になることもない。
【００２４】
なお、特に、半導体レーザ素子が350ｎｍ〜500ｎｍの波長を出射するものである場合、エネルギーが高くなり集塵効果が大きくなるため、本発明を適用することは、汚染物質の付着を防止するのに効果的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。
【００２６】
まず、本発明の第１の実施の形態によるレーザモジュールについて説明する。図１はその概略構成を示す側面図である。
【００２７】
本実施形態のレーザモジュール１は、半導体レーザ素子ＬＤを内部に備え、気密封止されたＣＡＮパッケージ10と、コリメート機能と集光機能とを有するレンズ12からなる入射光学系と、光ファイバ13とを備え、ＣＡＮパッケージ10、レンズ12および光ファイバ13の入射端面14を含む先端部15は、共通の支持台５上の各固定部材６、７および８、半導体レーザ素子ＬＤから出射されたレーザビームＢがレンズ12により光ファイバ13の入射端面14に収束するように配置固定されている。なお、光ファイバ13の先端部15はフェルール16に挿入された状態で固定部材８に支持されている。
【００２８】
本レーザモジュール１は、さらに光ファイバ13の入射端面14を、該入射端面14への有機物の付着を防止し得る温度、ここでは、室温より高温かつ光ファイバ13の耐熱温度より低い温度に維持するための温調手段としてヒータ17と、該入射端面14近傍の温度を検出するサーミスタ18とを備えている。ヒータ17およびサーミスタ18は、光ファイバ13の先端部15を支持する固定部材８に固定されている。サーミスタ18は固定部材８に設けられた孔８ａに熱伝導シリコングリスと共に挿入されている。このサーミスタ18により光ファイバ13の入射端面14近傍の温度を検出し、ヒータ駆動電流にフィードバックし、所望の一定温度（例えば100℃）になるように制御することができる。
【００２９】
また、固定部材８の一部には、断熱材９が配されており、ヒータ17による熱が支持台５を介してＣＡＮパッケージ10やレンズ12に及ばないように、また、ヒータ17の熱を効率よく光ファイバ13の入射端面14の加熱に用いるようにすることができる。固定部材８としてはアルミなど、断熱材９としては、例えば、ベークライト材などを用いることができる。断熱材９により、ヒータ17による熱がモジュール１全体へ伝導することよる光軸ズレを抑制する効果があるが、断熱材を設けても温調による光軸のズレが生じる場合があるため、光ファイバ13へのレーザビーム入力のためのレンズ等の調整は、光ファイバ13の入射端面14の温度を温調した状態で行うことが望ましい。
【００３０】
半導体レーザ素子ＬＤとしては、例えば、発振波長が390-410ｎｍであるＧａＮ系チップを備えている。この半導体レーザ素子ＬＤは封止前に脱気処理とＵＶ洗浄およびオゾン洗浄のいずれかあるいは両方の処理を施し、ＣＡＮパッケージへの封止前の部品の有機物を除去して高い信頼を持つようにしてある。すなわち、ＣＡＮパッケージ10は、内部の揮発成分を除去するため脱気処理を施した上で気密封止されたものである。封止の気体は、例えば、酸素を含んだ活性ガスとする。したがって、ＣＡＮパッケージ10内部の汚染物質が十分低減され、汚染物質の半導体レーザ素子端面への付着を抑制することができる。ＣＡＮパッケージの外形は円筒型、四角柱型および多角柱型いずれであってもよい。なお、一般的な円筒型のＣＡＮパッケージの場合、最大径は22ｍｍ程度であり、電気溶接が一括でできるので、組み立て工数が短時間となり、コストを抑えることができる。特に、9ｍｍφ、5.6ｍｍφの大きさのパッケージは市販で広まっていて安価であるため、レーザモジュールのコストを抑えることができる。
【００３１】
図２は光ファイバ13の入射端面を含む先端部15の拡大側断面図である。光ファイバ13の先端部15はフェルール16に挿入されているが、詳細には、図２に示すように、先端部15がジルコニアフェルール16ａに挿入されて接着剤で固定されており、さらにジルコニアフェルール16ａが金属フェルール16ｂに挿入されている。光ファイバ13は、コア13ａが樹脂等13ａにより被覆されてなる。光ファイバ13としては、コア13ａの径Ｄｃが３〜５μｍのシングルモードファイバ、コア径Ｄｃが50、100、200あるいは300μｍのマルチモードファイバのいずれであってもよい。
【００３２】
本レーザモジュール１が駆動されると、半導体レーザ素子ＬＤから出射されたレーザビームＢはＣＡＮパッケージ10のガラス窓11からＣＡＮパッケージ10外部に出射され、レンズ12で集光されて光ファイバ13のコアに入射してファイバ13内を伝播し、光ファイバ13の出射端面19から出射する。
【００３３】
このとき、光ファイバ13の入射端面14はヒータ17およびサーミスタ18により、室温より高い所定の温度に温調されているため、入射端面14への有機物等の汚染物質の付着は抑制されている。また、半導体レーザ素子ＬＤは気密封止されたＣＡＮパッケージ内に配されているため、半導体レーザ素子ＬＤのレーザビーム発光点およびその近傍の光パワー密度が非常に高い部分への汚染物質の付着は抑制されている。駆動時に光パワー密度が非常に高くなる半導体レーザ素子の発光端面および光ファイバの入射端面への汚染物質の付着が抑制される構造であるため、長期信頼性に優れたレーザモジュールとなっている。また、市販の安価なＣＡＮパッケージを用いるのみで、高価な特注の気密パッケージを必要としないため、レーザモジュールを安価に構成することができる。
【００３４】
なお、温調温度としては、有機物付着低減効果を十分に得るためには50℃以上であることが好ましく、また、ファイバとフェルールとの組み立てに接着剤を使用した場合の接着剤やファイバの被覆材の耐久特性から200℃以下程度が好ましい。
【００３５】
上記実施形態においては温調手段としてヒータとサーミスタを備えサーミスタで計測した温度をヒート駆動電流にフィードバックして温調するものとしたが、必ずしもサーミスタ18を備える必要はなく、ヒータとそのヒータの電流値をモニタする電流値モニタを温調手段として備え、予め温度と電流値の関係を測定しておき、この電流値により温度を制御するようにしてもよい。
【００３６】
また、ヒータの位置は、断熱材の上側なら何処にあっても良く、固定部材８に備える形態のみならず、フェルール16に接触するように配置してもよいし、輻射熱を利用して加熱するタイプとしてもよい。
【００３７】
図３は、第２の実施形態のレーザモジュールの側面図である。以下の説明においては、第１の実施形態のレーザモジュールと同一の部位には、同一符号を付し詳細な説明を省略し、主として第１の実施形態との相違点を説明する。
【００３８】
第２の実施形態のレーザモジュール21は、コリメート機能と集光機能を併せ持つレンズのかわりに、コリメータレンズ22と集光レンズ23を備え、それぞれが個別に固定部材７ａおよび７ｂにより支持台５に配置されている。また、光ファイバ13の先端部15が挿入されている金属フェルール16ａの外側にさらに円筒フェルール26を備え、光ファイバ13は、この円筒フェルール26ごと固定部材８に固定されており、さらに固定部材27により光ファイバ13の一部が支持台５上に支持されている。
【００３９】
さらに、ヒータ17およびサーミスタ18の取り付け位置および断熱材９の配置箇所が第１の実施形態のレーザモジュールとは異なる。ヒータ17およびサーミスタ18は固定部材８のレンズ系側に配置されており、断熱材９は固定部材８と支持台５との間に配置されている。
【００４０】
本実施形態においても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４１】
図４は、第３の実施形態のレーザモジュールの側面図である。第３の実施形態のレーザモジュール31は、ＣＡＮパッケージ10の窓がコリメート機能と集光機能を有するレンズ32で構成されている。また、ヒータの代わりにペルチェ素子33を備えている。ペルチェ素子33は、光ファイバの入射端面に面する側が温調側となるように配置されている。なお、温調側を高温にするとペルチェ素子33の反対の面側は温度が下がるので放熱（吸熱）板34を備えている。
【００４２】
ペルチェ素子33のように、冷却機能を兼ね備えたものを用いているので、温調の制御を容易かつ精度よく行うことができる。ここでもサーミスタ18により光ファイバ13の入射端面14の温度を検出し、入射端面14の温度が所定値になるようにフィードバック制御を行う。なお、本レーザモジュールは、断熱材を備えていない構成である。
【００４３】
図５は、第４の実施形態のレーザモジュールの側断面図であり、図６は図５に示すレーザモジュールのＶＩ−ＶＩ断面図である。
【００４４】
第４の実施形態のレーザモジュール41は、鏡筒45内に全ての部材が収容されている。半導体レーザ素子ＬＤは円筒形のＣＡＮパッケージ10に配置され、ＣＡＮパッケージ10は鏡筒45の一端に固定されている。光ファイバ13の先端部15は、ジルコニアフェルール16ａに挿入されて固定され、金属フェルール16ｂ、円筒フェルール26にさらに覆われている。円筒フェルール26の周りに円筒形のヒータ17’が配され、ヒータ17’の周りに断熱材９’が配されており、断熱材９’を介して光ファイバ13の先端部15を円筒型の固定部材42により鏡筒45の他端に固定されている。すべての部材が鏡筒45と同心円状の円筒を用いて構成されているため、光軸のズレが少なく光学上有利である。なお、鏡筒45自体は気密封止されていない。サーミスタ18は円筒フェルール26に設けられた孔に挿入されて固定されている。
【００４５】
第３および第４の実施形態のレーザモジュールも高価な気密パッケージを用いていないので安価に構成することができ、光ファイバの入射端面を高温に温調する手段を備えたことにより、長期信頼性を有するものとなっている。
【００４６】
なお、上記各実施形態においては、１つの半導体レーザ素子のみ備えた形態について説明したが、複数の半導体レーザ素子を備えていてもよい。その場合、各半導体レーザ素子から出射されるレーザビームをそれぞれコリメートするコリメータレンズアレイを備え、さらにコリメータレンズアレイにより平行光化された複数のレーザビームを光ファイバの入射端面に集光させる集光レンズを備えた構成とすればよい。このように、複数の半導体レーザ素子を備えた場合、該複数の半導体レーザ素子から出射される複数のレーザビームが、光ファイバ13の入射端面に収束するので、光ファイバ13の入射端面の光密度が非常に高くなる。したがって、光ファイバ13の入射端面14が温調されていることによる、有機物などの汚染物質の入射端面14への付着防止効果が大きい。
【００４７】
また、各実施形態における半導体レーザ素子ＬＤとしては、横モードシングルのレーザビームを出力する発光領域の幅が２μｍ未満の半導体レーザ素子であってもよいし、ブロードレーザビームを出力する、発光領域の幅が２ｍ以上の半導体レーザ素子であってもよい。例えば、５、１０、２０、あるいは１００μｍ幅の発光領域を有する半導体レーザ素子でもよく、幅が大きいほど光出力が大きくなり、有機物の付着量が多くなる。また、複数の半導体レーザを備える場合には、横モードシングルのものとブロードのものが混在していてもよい。なお、ＧａＮ系半導体レーザ素子に限るものではないが、ＧａＮ系半導体レーザから出力される500ｎｍ以下の波長のレーザビームは高エネルギーであるために、レーザ端面や光ファイバの入射端面において光密度が非常に高くなり、そのために、有機物等の汚染物質が付着し易い。したがって、このような高エネルギーのレーザビームを発生する半導体レーザ素子や発光領域の幅の大きい半導体レーザ素子を備えたレーザモジュールにおいて、上記各実施形態のように、半導体レーザ素子をＣＡＮパッケージ内に気密封止すると共に、光ファイバ入射端面を温調することによる汚染物質の付着抑制効果が高い。
【実施例】
【００４８】
以下の実施例および比較例のレーザモジュールについて、ＡＣＣ駆動による通電試験を行った。実施例のレーザモジュールは、図１に示した第１の実施形態のレーザモジュールである。比較例１および比較例２はそれぞれ図７、８に示す構成のレーザモジュールであり、実施例の構成と同一の要素には同一符号を付している。図９は通電試験の結果を示すグラフである。
【００４９】
以下の各例のレーザモジュールにおいては、発振波長390〜410ｎｍ、出力50ｍＷのＧａＮ系半導体レーザ素子をＣＡＮパッケージに気密封止してなるものを用いた。また、光ファイバ13としては、コア径（図２中Ｄｃで示す径）50μｍ、外径（図２中Ｄｈで示す径）125μｍのものを用い、該光ファイバの入射端面にビーム径20-40μｍで入射させる構成とした。なお。ＣＡＮパッケージ10の窓11の位置でのビーム径は300-600μｍである。
【００５０】
外径125μｍの光ファイバ13は、内径が125μｍより大きいジルコニアのフェルール16ａに挿入され、接着剤で固定されており、さらに金属フェルール16ｂに挿入されている。各フェルール16ａおよび16ｂの内径と外径が精密に加工されており、1μｍ以下の精度で仕上げてある。金属フェルール16ｂの外径に対して光ファイバ13のコア13ａの偏芯量は、1μｍ以下と高精度に出来ている。このため着脱による誤差は非常に小さい。このような構造は光通信ファイバとして良く使われおり、信頼性は非常に高い。
【００５１】
また、既述のとおり、半導体レーザ素子ＬＤは、ＣＡＮタイプの安価なパッケージで気密封止され、大気からの汚染を保護し信頼性が高い構造となっている。封止の気体は、酸素を含んだ活性ガスであり、気密度はヘリウムリークディテクタで測定した。ヘリウムリークディテクタにより測定されたリーク量は1×10-8ｍ３/sec以下であった。
【００５２】
各例のレーザモジュールの詳細を説明する。
【００５３】
＜実施例＞
実施例のレーザモジュールは、図１に示した構成のレーザモジュール１であり、温調手段により100℃に温調した状態で駆動するものとした。
【００５４】
光ファイバ先端部15を支持する固定部材８は、アルミ材により構成しており、熱をモジュール全体に広がらないようにファイバ13取り付け位置の下部にベーク板からなる断熱材９を挿入し接着剤で張り合わせた構造とした。この断熱は、ヒータ電力を少なくする点とモジュール全体への熱が伝導して、それによる歪みから来る光軸ズレを押さえる効果がある。それでも100℃にしたことによる光軸ズレの影響は僅かにあるため、光ファイバ13の入射端面14への入力光調整のためのレンズ調整は、光ファイバ13の入射端面14の温度が100℃で一定した後に行った。その後、温度が一旦、環境温度まで低下し、例えば25℃になると光軸ズレが生じて数％のパワーダウンが生じるが、使用状態の100℃に再び温調すると、光軸が調整時と同じ状態になるため、光軸ズレの影響が無く、出力が減ることがなく初期の最大値となるため問題は無いことを確認した。サーミスタ18は、固定部材８に設けられた直径1.5φの孔８ａに熱伝導シリコングリスと共に挿入し、固定した。
【００５５】
サーミスタ18により光ファイバ13の入射端面14の温度を計測して、ヒータ駆動電流にフィードバックし100℃の一定値になるように制御した状態で、駆動した。
【００５６】
＜比較例１＞
比較例１のレーザモジュール51は、図７に示すように、実施例のレーザモジュール構成と略同様であるが、温調手段を備えず、半導体レーザ素子ＬＤ、レンズ12および光ファイバ13の先端部15を気密封止したパッケージ52内に収容した構造のレーザモジュールである。なお、このようなパッケージは特注品となるため高価なものである。
【００５７】
＜比較例２＞
比較例２のレーザモジュール61は、図８に示すように、実施例のレーザモジュールの構成と略同様であるが、ヒータを備えないものとした。すなわち、光ファイバ13の入射端面14は大気に曝され、また温調することもない。このレーザモジュール61を環境温度２５℃の大気中で駆動した。なお、ここで、光ファイバ13の入射端面14の温度は、入射端面近傍にサーミスタ18を内蔵し測定した所、モジュール全体の温調２５℃とほぼ同一に保たれていた。なお、モジュールは、用途次第では必ずしも温調の必要はない。しかしながら、温調することにより、半導体レーザの出力が安定すると共に、モジュールの環境変化による光軸ズレが減るため、光源の出力が安定となる効果がある。
【００５８】
＜実験結果＞
各例についてのＡＣＣ駆動による通電試験の結果は図９に示すようなものとなった。図９は光出力（任意単位）の時間変化を示すものである。ここで、レーザモジュールの寿命を、光出力が初期の光出力の60％レベルに低下した時点と定義する。
【００５９】
比較例１のレーザモジュール51は、半導体レーザ素子および光ファイバ先端部など全体が気密封止されたパッケージ52内に収容されているため、汚染物の付着は非常に少なく信頼性が最も高い構造である。図９中（Ａ）で示されるような傾きを示した。この傾きは半導体レーザ素子の劣化による出力低下を示す特性であり、汚染物の付着による出力低下はほとんどないと考えられる。比較例１のレーザモジュール51の寿命は20000時間であった。
【００６０】
比較例２のレーザモジュール61は、図９中（Ｂ）で示される傾きを示し、寿命は5000時間と非常に短いものであった。比較例１の寿命20000ｈに対して、1/4の寿命である。
【００６１】
一方、実施例のレーザモジュール１は、図９中（Ｃ）で示されるような傾きを示し、寿命は17500時間であった。比較例１のレーザモジュール51と比較すると寿命が若干短くなるが、比較例２の２５℃大気中で駆動したレーザモジュール61と比較すると、寿命が３．５倍（＝17500/5000）となった。すなわち、光ファイバの入射端面を温調することにより、汚染物の付着を抑制することができ、レーザモジュールを十分に長くすることができることが明らかになった。また、比較例１のレーザモジュール51よりも寿命は短いが、製品として十分な長寿命を示しており、比較例１のような高価なパッケージ52を要しないため、安価に構成することができる。
【００６２】
なお、温調温度を、50℃、75℃、100℃、150℃と変化させて同様の実験を行った結果、温度が高いほど効果は大きかった。また、モジュールの光学系の中で、半導体レーザ端面および光ファイバ入射端面以外の光学部材であるレンズや窓などは、各部材の入射面でビーム径が大きく光パワー密度が低いので付着による劣化は観測されておらず問題は起きなかった。
【００６３】
なお、温調温度と光ファイバ入射端面への汚染物の堆積量との関係は図１０に実線で示すようなものと推測される。図１０中に点線で示しているのは、入射端面における汚染物が分解・揮発される量の予測値である。
【００６４】
すなわち、温調温度を高温にするほど、汚染物質の分解・揮発効果が大きくなり、室温では、レーザ駆動時の汚染物質の付着量の方が分解・揮発量よりも大きくなっているものと考えられる。
【００６５】
なお、汚染物質の分解・揮発は、次のようなプロセスで起きていると考えられる。先ず、空気中に浮遊している有機物は、高エネルギーである青若しくは紫外波長レーザにより分子の結合が切断され、活性化している状態に変化する。そのため有機物は空気中の酸素との結合が生じ、CO2に分解する。このとき、ファイバ端面及び近傍の雰囲気温度が高いと、低い時に較べ熱のエネルギーが付加されることにより、CO2への分解反応がより促進されると考えられる。また、一般に高温の状態では表面への有機物の付着係数が下がり低温に較べ揮発が起き易くなる。この相乗効果もあると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】第１の実施形態のレーザモジュールの側面図
【図２】レーザモジュールの光ファイバの入射端面を含む先端部の側断面図
【図３】第２の実施形態のレーザモジュールの側面図
【図４】第３の実施形態のレーザモジュールの側面図
【図５】第４の実施形態のレーザモジュールの側断面図
【図６】図５に示すレーザモジュールのＶＩ−ＶＩ断面図
【図７】比較例１のレーザモジュールの側面図
【図８】比較例２のレーザモジュールの側面図
【図９】実施例および比較例のレーザモジュール駆動実験結果を示すグラフ
【図１０】光ファイバ入射端面温度と汚染物の堆積量および分解・揮発量との関係を示すグラフ
【符号の説明】
【００６７】
１    レーザモジュール
５    支持台
６、７、８    固定部材
９    断熱材
10    ＣＡＮパッケージ
11    窓
12    レンズ
13    光ファイバ
14    入射端面
15    光ファイバ先端部
16    フェルール
17    ヒータ
18    サーミスタ
ＬＤ    半導体レーザ素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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